전기기사 전력공학 · 소내전원설비 및 보호계전방식

Station Service & Protection System

소내전원은 발전소 자신이 돌리기 위해 쓰는 전력으로 전체의 수 퍼센트 수준이에요. 정상·비상 공급 경로와 절체, 축전지·충전기 용량 계산이 실기 핵심이에요. 보호계전과 연계해 소내 기기를 지켜요. 운전 모드와 고장 위치를 바꾸면 공급 경로가 어떻게 바뀌는지 보여요.

발전소도 전기가 필요하다

🔍 소내전원이란

①발전소 자체 운전에 필요한 전력 = 소내전력 (소비전력의 3~8%)

②냉각수 펌프, 급수펌프, 제어장치, 조명 등이 소내부하

③소내전원 상실 = 발전소 정지 위험 → 다중 백업 체계 필수

④정상 소내변 → 예비 소내변 → 비상 디젤발전기 → 축전지 (4단계)

소내전원 공급 경로와 비상 절체

운전 모드0

0: 정상 / 1: 소내변 고장 / 2: 외부전원 상실

🔑 소내전원 계층 구조

①정상: 주변압기 → 소내변압기(SST) → 소내모선 → 부하

②소내변 고장: 예비 소내변압기 자동 투입 (무순단 절체)

③외부전원 상실: 비상 D/G(디젤) 약 10초 내 기동 → 필수 부하 공급

④최후 수단: 축전지(DC) → UPS → 제어·보호 계전기 전원 유지

축전지 용량 계산 (실기 핵심)

축전지 용량

C = L × TK × η [Ah]

L: 부하전류[A], T: 방전시간[h], K: 보수율(0.8), η: 방전효율

셀 수 결정

N = Ee

E: 필요 DC 전압, e: 셀당 전압(연축전지 2V, 알카리 1.2V)

충전기 용량

Ic = CT_충전 + I_상시부하

충전기는 충전전류 + 상시부하전류 동시 공급

💡 실기 핵심 계산

①"DC 110V 연축전지, 방전전류 50A, 1시간 방전, 보수율 0.8" → C = 50×1/0.8 = 62.5 Ah

②셀 수: 110V / 2V = 55셀 → 실제 56셀(여유)

③UPS 용량: 부하VA / 역률 / UPS효율 = 필요 UPS [kVA]

④방전종지전압: 연축전지 1.75V/셀, 알카리 1.0V/셀

보호계전방식의 원리와 구성

고장 위치50%

💡 보호계전기 종류별 적용

①과전류계전기(OCR, 51): 가장 기본, 시한 특성. 배전 선로 보호

②차동계전기(87): 양측 CT 전류차 검출. 발전기·변압기·모선 보호

③거리계전기(21): 임피던스 측정. 송전선로 보호 (Z = V/I)

④부흐홀츠계전기(63): 변압기 내부고장 시 가스 검출

💡 보호 3대 원칙

①신속성: 고장 발생 후 최단 시간 내 차단 (3~5사이클)

②선택성: 고장 구간만 분리, 건전 구간은 계속 운전

③신뢰성: 주보호 실패 시 후비보호가 반드시 동작 (시한 협조)

시험 총정리

축전지 용량

L · TK · η [Ah]

실기 계산 필수

CT 변류비

n = I₁I₂

2차 5A 기준

OCR 한시 특성

t = K(I/I_s)^α − 1

반한시/정한시/강반한시

차동계전기

I_op = |I₁ − I₂| > I_s

양측 CT 전류차 검출

🎯 시험 포인트

①소내전원 공급 순서: 소내변→예비소내변→비상D/G→축전지 (4단계 암기)

②축전지 용량 C = LT/K 공식 + 셀 수 N = V/e 동시 출제 핵심

③보호계전기 번호: 51(OCR), 87(차동), 21(거리), 63(부흐홀츠), 59(OVR), 27(UVR)

④CT 포화 문제: 단락전류 시 CT 포화 → 차동릴레이 오동작 → 비율특성으로 방지

⑤실기: 축전지 셀 수·용량 계산, 보호계전기 정정값 계산, CT/PT 변류비·변성비 선정

📝 대표 기출문제

①[기출유형] DC 110V 연축전지, 방전전류 55A, 방전시간 1시간, 보수율 0.8일 때 축전지 용량[Ah]과 셀 수는? (답: C = 55×1/0.8 = 68.75 Ah, N = 110/2 = 55셀)

②[기출유형] 보호계전기의 3대 원칙을 쓰시오. (답: 신속성, 선택성, 신뢰성)

③[기출유형] 비율차동계전기(87)의 동작원리와 적용대상을 서술하시오.